GASMOTOREN i Het Basisboek. inkijkexemplaar GASMOTOREN. Het Basisboek. Onder redactie van: Ing. A.J. de Koster.

Transcriptie

1 GASMOTOREN Het Basisboek Onder redactie van: Ing. A.J. de Koster

2 Inhoud 1.0 Inleiding gasmotoren Geschiedenis van de gasmotoren Werking van de gasmotor Samenvatting Vragen Ruimte voor aantekeningen bij hoofdstuk De onderdelen van de gasmotor Fundatie met frame Het draaiende gedeelte van de motor De compressieverhouding Rekenvoorbeelden De gemiddelde zuigersnelheid Soorten gasmotoren De Otto gasmotor De luchtverhouding De diesel gasmotor De stoichiometrische gasmotor De arm mengsel gasmotor De gasstraat De menger Koeling van de motor Vermogens Theoretisch vermogen: [P th ] Geïndiceerd vermogen: (indicated power) [P i ] Effectief vermogen: (Net brake power) [P e ] Rekenvoorbeeld Drukvulling De verliezen Milieu en rendement Warmte Kracht Koppeling Samenvatting Vragen Ruimte voor aantekeningen bij hoofdstuk De gassen Gasgroepen Kenmerken van gas De stookwaarde Het methaangetal Wobbe Index Verontreinigingen Overzicht Wobbe, Methaangetal, Propaanequivalent en Calorische waarde Samenvatting Vragen Ruimte voor aantekeningen bij hoofdstuk Pagina 5

3 4.0 Smeerolie Eigenschappen van smeerolie Dopes Asgehalte In bedrijf Smeerolie analyse Samenvatting Vragen Ruimte voor aantekeningen bij hoofdstuk Piping en Instrumentatie Diagram Instrumenten Voorbeelden instrumenten Verbindingslijnen Samenvatting Ruimte voor aantekeningen bij hoofdstuk Vragen PraktijkRelevante Opdrachten Storing: Afwijking vermogensregeling Inbedrijfstellen gasmotor na revisie Cilindertemperatuur gasmotor zakt weg Foto van een gasmotor om van te leren Inleiding De foto Gegevens van de gasmotor Voorbeeldvragen Ruimte voor aantekeningen bij hoofdstuk Pagina

4 2.0 De onderdelen van de gasmotor Op afbeelding 1 en 2 zijn tekeningen van gasmotoren weergegeven met een bijbehorende stuklijst. Afbeelding 1. Gasmotor. Bron MWM. 1. Smeeroliefilter 2. Smeeroliekoeler 3. Carter 4. Voorsmeerpomp 5. Smeerolieniveauschakelaar Afbeelding 2. Gasmotor. Bron MWM Pagina 15

5 Legenda behorende bij afbeelding Koelvloeistoftemperatuursensor voor mengselkoeler 2. Pingelsensor, telkens 1 sensor per cilinder 3. Verbrandingskamertemperatuursensor, telkens 1 sensor per cilinder 4. Startmotor 5. Starterrelais 6. Carterdruksensor 7. Smeerolieniveauschakelaar 8. Voorsmeerpomp 9. Smeeroliedruksensor 10. Nokkenas impulssensor 11. Multifunctierail cilinderrij A 12. Naderingsschakelaar gas-lucht-menger 13. Temperatuursensor aanzuiglucht, V16 motor 14. Temperatuursensor aanzuiglucht, V12 motor 15. Bobine, telkens 1 ontstekingsspoel per cilinder Temperatuur Een gasmotor is net als een dieselmotor een zuigermotor. Het grote verschil van de gasmotor met de dieselmotor is dat een dieselmotor tijdens de inlaatslag enkel lucht aanzuigt, terwijl de gasmotor tijdens de inlaatslag een mengsel van gas en lucht aanzuigt. Tijdens de compressieslag wordt bij de dieselmotor de lucht gecomprimeerd, de temperatuur van de lucht wordt daarbij zo hoog dat, zodra de zuiger in zijn bovenste punt staat en er brandstof wordt ingespoten, de brandstof uit zichzelf gaat verbranden. Bij de gasmotor wordt het gas luchtmengsel ook gecomprimeerd, maar de temperatuur van het mengsel is op het eind van de compressieslag niet zo hoog dat het mengsel tot zelfontbranding komt. Om het mengsel te ontsteken is de bougie nodig. 2.1 Fundatie met frame Elke motor wordt geleverd op een fundatie, zo zal bij een gasmotor op de fundatie onder andere de volgende onderdelen bevestigd zijn: - Motor met gasstraat - Elektrische regel en bewakingskast - Koelwatersysteem met eventueel pompen - Smeeroliesysteem met eventueel pompen - Het frame, hierin zijn de krukas, zuigers, cilinders en nokkenas en drijfstang bevestigd Het draaiende gedeelte van de motor Het draaiende gedeelte van een motor bestaat uit: - Krukas - Drijfstang - Zuiger met zuigerveren - Nokkenas De zuigers bestaan gewoonlijk uit een zuigerkroon die op het zuigerhemd vast gebouwd zit. De zuigerkroon wordt gefabriceerd van gietstaal, het hemd is van aluminium gemaakt. De onderzijde van de zuiger, het hemd, is vaak van aluminium gemaakt in verband met de hoge temperatuurbelasting en de lagere massa. Pagina

6 Van aluminium is namelijk bekend dat het goed de warmte geleid. De warmte wordt dan door het aluminium snel aan de smeerolie afgegeven die de warmte op zijn beurt afvoert. De groeven waar de zuigerveren in gaan zijn gehard. Een groot deel van de warmte van de zuigerkroon gaat via de zuigerveren naar de cilinderwand en zo naar de koelvloeistof. Cocktailshaker De zuigers zijn voorzien van zogenaamde cocktailshakerkoeling. Afbeelding 3. De zuiger, met rechts cocktailshakerkoeling. Wärtsilä. Bij cocktailshakerkoeling wordt de zuiger met olie gekoeld, de olie klotst eigenlijk bij de op en neergaande slag tegen de zuigerkroon aan waardoor de olie in innig contact komt met de kroon. De kroon wordt hierdoor effectief gekoeld. Rechts op de afbeelding zijn de twee compressieveren en de olieschraapveer te zien. Wat opvalt is dat zuigers van gasmotoren niet voorzien zijn van gaten in de kroon, waaraan een hijsoog bevestigd kan worden. Bij gasmotoren mogen er namelijk geen dode hoeken in het verbrandingsgedeelte zijn. Het gas kan zich ophopen in boutgaten en later ontbranden, dit noemt men knocking. Bij de Otto gasmotor, ook wel SG motor genoemd, zijn er om deze reden zelfs geen indicateurkranen voorzien. (SG = Single Gas). Opmerking: MWM zuigers hebben wel schroefdraad in de zuigerkroon. De bovenste zuigerveren zijn zogenaamde compressieveren, deze zorgen ervoor dat er geen verbrandingsgassen van de bovenzijde van de zuiger doorlekken naar het carter van de motor. Op afbeelding 4 zijn twee uitvoeringen weergegeven van compressieveren zoals deze door Wärtsilä gemaakt worden. Op afbeelding 5 is een olieschraapveer weergegeven. De olieschraapveren worden met behulp van een veer naar buiten gedrukt, de veren zorgen ervoor dat het teveel aan smeerolie op de cilinderwand als het ware naar beneden geschraapt wordt. Zo wordt voorkomen dat de smeerolie verbrandt Pagina 17

7 Afbeelding 4. Uitvoeringen van compressieveren. Afbeelding 5. Uitvoering van een olieschraapveer. De krukas en de drijfstang(en) zijn voor een dieselmotor en een gasmotor vrijwel gelijk. Omdat de brandstof, biogas, soms corrosieve bestanddelen bevat is speciale aandacht aan de lagers besteed, deze zijn dan ook meestal van een corrosiebestendig materiaal vervaardigd. Wat ook nog opvalt als verschil tussen een dieselmotor en een gasmotor, is dat de compressieverhouding van een gasmotor ongeveer 11 tot 12,5 bedraagt terwijl de compressieverhouding bij een dieselmotor 20 of hoger is. Op afbeelding 6 is een krukas weergegeven van een willekeurige motor. Afbeelding 6. Krukas van een 6 cilinder motor. Pagina

8 6.1 Storing: Afwijking vermogensregeling Beknopte omschrijving van de storing: De gasmotor gaat tijdens belast draaien in storing afwijking vermogens regeling. Het afgegeven vermogen daalt plotseling en de actuator stuurt maximaal uit. De cilindertemperatuur van A3 loopt op tot 565 C. In de grafiek ziet u tevens dat cilinder A3 staat te kloppen (detoneren) en het ontsteektijdstip van cilinder A3 maximaal is versteld (-10 ) Opdracht: Geef aan welke van onderstaande werkzaamheden u gaat uitvoeren om tot oplossing van de storing afwijking vermogensregeling te komen. Maak een plan van aanpak en geef daarin ook de volgorde van uw werkzaamheden. 1 Controleer de gasdruk voor de nuldrukregelaar (100 mbar +/- 5) 2 Controleer het ontsteektijdstip volgens fabrieksopgave. (27 B.T.C) 3 Controleer de luchtfilter restrictie tijdens belast draaien (max. 5 mbar) 4 Controleer de mengselkoeler 2 e trap intrede in relatie tot ontwerp.(zie P&ID) 2012 Pagina 83

9 5 Controleer motorkoelwater uitredetemperatuur in relatie tot ontwerp. (zie P&ID) 6 Controleer het debiet van de motorkoelwaterpomp in relatie tot het 5 Controleer motorkoelwater uitredetemperatuur in relatie tot ontwerp. (zie P&ID) ontwerp. (zie P&ID) 7 Controleer de compressie druk van cilinder A3. 6 Controleer het debiet van de motorkoelwaterpomp in relatie tot het (25 bar +/- 3) ontwerp. (zie P&ID) 8 Controleer de werking van het thermokoppel van cilinder A3. 7 Controleer de compressie druk van cilinder A3. (25 bar +/- 3) 9 Controleer de bobine en bougie van cilinder A3 8 Controleer de werking van het thermokoppel van cilinder A3. 10 Controleer cilinder A3 met behulp van een borescoop op defecten Controleer Controleer de de bobine uitlaatgassen en bougie emissies van cilinder in vollast A3 bedrijf (300 mg/nox) 10 Controleer cilinder A3 met behulp van een borescoop op defecten. 12 Controleer de turbodruk en de manifold druk van de gasmotor 11 Controleer de uitlaatgassen emissies in vollast bedrijf (Δ P) (300 mg/nox) 13 Controleer de uitlaatgassen tegendruk in vollast bedrijf. 12 Controleer (max.60 mbar) de turbodruk en de manifold druk van de gasmotor (Δ P) 14 Controleer het afgegeven vermogen van de generator. 13 Controleer de uitlaatgassen tegendruk in vollast bedrijf. (1550 ekw) (max.60 mbar) 15 Controleer de cilindertemperaturen onderling tijdens belast 14 Controleer proefdraaien. het afgegeven (gem. 360 C) vermogen van de generator. (1550 ekw) 16 Controleer het stangenstelsel van de gasklep en de gasklep 15 Controleer de cilindertemperaturen onderling tijdens belast lagering. proefdraaien. (gem. 360 C) 17 Controleer de werking van het carterfilter systeem 16 Controleer het stangenstelsel van de gasklep en de gasklep (oliemist) lagering. 18 Controleer de werking van detonatie sensor A3. 17 Controleer de werking van het carterfilter systeem (juiste instelling) (oliemist) 19 Controleer de cilinderkop A3 op interne defecten 18 Controleer de werking van detonatie sensor A3. (juiste instelling) 20 Controleer het drijfstanglager cilinder A3. 19 Controleer de cilinderkop A3 op interne defecten 21 Controleer de werking van de airfuelratio controller (zie 20 Controleer het drijfstanglager cilinder A3. gegevens fabrikant) 22 Controleer de klepspeling van cilinder A3 21 Controleer de werking van de airfuelratio controller (zie gegevens fabrikant) 23 Controleer de nokkenas van cilinder A3 22 Controleer de klepspeling van cilinder A3 23 Controleer de nokkenas van cilinder A3 Pagina Pagina

10 2012 Pagina Pagina 85